Do Machine Learning Models Produce TypeScript Types That Type Check?

Type migration is the process of adding types to untyped code to gain assurance at compile time. TypeScript and other gradual type systems facilitate type migration by allowing programmers to start with imprecise types and gradually strengthen them. However, adding types is a manual effort and several migrations on large, industry codebases have been reported to have taken several years. In the research community, there has been significant interest in using machine learning to automate TypeScript type migration. Existing machine learning models report a high degree of accuracy in predicting individual TypeScript type annotations. However, in this paper we argue that accuracy can be misleading, and we should address a different question: can an automatic type migration tool produce code that passes the TypeScript type checker? We present TypeWeaver, a TypeScript type migration tool that can be used with an arbitrary type prediction model. We evaluate TypeWeaver with three models from the literature: DeepTyper, a recurrent neural network; LambdaNet, a graph neural network; and InCoder, a general-purpose, multi-language transformer that supports fill-in-the-middle tasks. Our tool automates several steps that are necessary for using a type prediction model, (1) importing types for a project's dependencies; (2) migrating JavaScript modules to TypeScript notation; (3) inserting predicted type annotations into the program to produce TypeScript when needed; and (4) rejecting non-type predictions when needed. We evaluate TypeWeaver on a dataset of 513 JavaScript packages, including packages that have never been typed before. With the best type prediction model, we find that only 21% of packages type check, but more encouragingly, 69% of files type check successfully.Comment: Published at the 37th European Conference on Object-Oriented Programming (ECOOP 2023

Staattisesti tyypitetyt ohjelmointikielet JavaScript-ekosysteemissä: tyyppijärjestelmien näkökulma

JavaScript is a ubiquitous programming language with usage in web, mobile applications and server software. The status of the language as the de-facto programming language of the web has made the language ecosystem advanced with a great number of userspace libraries and major companies working on efficient runtime systems. The core language, however, has numerous known difficulties caused by the initial design and persisted by the requirements for backwards-compatibility. In the last decade, a number of programming languages have chosen JavaScript as the compile target of the language. Type theory and its application, programming language type systems, is an essential area of study in the design of programming languages. Every high-level programming language features a type system that greatly influences the ways of designing and implementing programs in the language. This thesis examines a group of selected statically-typed programming languages that compile to JavaScript. The core topics of research in this thesis are the motivation for new JS-compiled languages, the type system design of the languages, and the future direction of the JavaScript ecosystem based on the current trends and parallels to other programming ecosystems. The results of the work include identifying several trends in type systems for the JS ecosystem and the web. These include unsound yet convenient partially inferred type systems for object-oriented and multi-paradigm programming and fully inferred extended Hindley-Milner type systems for primarily functional programming languages. Additionally, different options for the advancement of the programming ecosystem, including type annotations, inference of dynamically typed languages and new compile targets, are explored. Finally, based on the design choices of the languages researched, we provide several recommendations for safe and productive statically typed programming in the JavaScript ecosystem.JavaScript on laajalti käytetty ohjelmointikieli, jonka käyttö ulottuu web- ja mobiilisovelluksiin sekä palvelinohjelmistoon. Kielen asema web-kehityksen de-facto-ohjelmointikielenä on luonut sen ympärille laajan ohjelmistoekosysteemin, joka kattaa suuren määrän ohjelmistokirjastoja sekä tehokkaita ajoympäristöjä. Itse kieli aiheuttaa tästä huolimatta vaikeuksia alkuperäisten suunnitteluvirheiden ja vaaditun taaksepäinyhteensopivuuden vuoksi. Viimeisen vuosikymmenen aikana useampi ohjelmointikieli on alkanut käyttää JavaScriptia käännöskohteenaan. Tyyppiteoria ja sen sovellus, ohjelmointikielten tyyppijärjestelmät, on tärkeä tutkimusala liittyen ohjelmointikielten suunnitteluun. Tyyppijärjestelmä on osa jokaista korkean tason ohjelmoinikieltä ja vaikuttaa täten suuresti itse ohjelmointikielen muihin ominaisuuksiin ja käyttöön. Tämä tutkimus käsittelee joukkoa staattisesti tyypitettyjä ohjelmointikieliä, jotka kääntyvät JavaScript-koodiksi. Tutkimuksen ytimessä ovat uusien kielten kehityksen motiivit, kielten tyyppijärjestelmien suunnittelu ja ominaisuudet sekä JavaScript-ekosysteemin mahdolliset tulevaisuuden suunnat. Työn tuloksena tunnistamme useita trendejä tyyppijärjestelmien suunnittelussa JavaScript-ekosysteemiin. Näihin kuuluu käytännölliset, mutta teoriassa epäturvalliset tyyppijärjestelmät olio- ja moniparadigmaohjelmoinkieliin sekä funktionaalisten ohjelmointikielien Hindley-Milner-pohjaiset tyyppijärjestelmät, joissa muuttujien tyypit pystytään täysin päättelemään ilman ohjelman kirjoittajan annotaatioita. Lisäksi nostamme esiin useita tulevaisuuden suuntia, jotka voisivat viedä JS-ekosysteemiä eteenpäin. Näihin kuuluvat tyyppiannotaatiot, dynaamisten kielten tyyppi-inferenssi ja uudet käännöskohteet web-ekosysteemiin. Lopuksi annamme tutkimuksen perusteella suosituksia ominaisuuksista ja suunnitteluratkaisuista, jotka voisivat mahdollistaa tehokkaan ja turvallisen ohjelmistokehityksen JavaScript-ekosysteemissä tulevaisuudessa

Static Types with Less Syntax: Locus Types

Optionally and gradually-typed languages allow types to be introduced to dynamic code as needed. While this approach allows some gradual movement from dynamically to statically-typed code, it requires rewriting object-constructing code to use conventional static types. We introduce a flexible notion of type, deemed "locus types", that aims to minimize syntactic burden and the need for refactoring when introducing types to dynamic code. Locus types are gained by objects that pass through an annotated code site, following the creed of "code is types". Their structure is inferred from local type information computed through flow-based type refinement. The design of LocusTypeScript, a language extending TypeScript with locus types, is detailed. Tooling support, building on that of TypeScript, for programming with locus types is described. As well, the general properties and applicability of locus types are explored. LocusTypeScript's simple algorithm for computing stable flow-based refinement types is presented. The implications and performance impact of making locus types sound are discussed